重载列车作用下隧道基底荷载特征及动力学响应分析

通过对朔黄铁路三家村隧道基底在重载列车作用下的现场测试,统计分析了不同围岩区段基底填充层的动应力幅值,借助于静态换算土柱法,获得了基底的冲击系数。以此为基础,建立了列车-隧道-轨道结构耦合分析模型,分析了列车振动荷载作用下隧道基底结构的动态响应及冲击系数。结果表明:不同围岩级别下钢轨下方动静比平均值分布在1.8～2.08之间,道心处动静比平均值分布在1.0～1.1之间,钢轨下方的动静比约为道心处的2倍,理论计算与实测冲击系数误差最大为7.4%。另外,采用换算荷载推演大轴重列车的荷载特征是可行的,以此确定的基底填充表面的动应力约为120 kPa。     

列车振动荷载作用下近距离空间交叠盾构隧道的动力响应特性及损伤规律分析

采用拟合的列车振动荷载,研究在上部列车振动荷载作用以及不同围岩等级、不同隧道间距条件下空间交叠盾构隧道的动力响应特性和损伤分布规律。结果表明:上部隧道衬砌振动加速度在拱底最大,拱腰相对较小,拱顶最小,下部隧道衬砌振动加速度在拱顶最大,拱腰相对较小,拱底最小;上部隧道的压致与拉致损伤均在拱底最大,拱腰次之,其余各处相对较小,且上部隧道底部约130°范围为损伤主要区域;随着围岩等级的提高,上部隧道衬砌的最大主应力逐步增大,最大主应力峰值由拱腰逐渐向拱底转移;随着隧道间距的增大,上部隧道衬砌的最大主应力逐步减小。     

冻融损伤对大准铁路言正子2~#隧道围岩稳定性的影响

以大同—准格尔铁路言正子2#隧道为工程背景,运用数值计算方法对冻融循环作用下隧道围岩的稳定性进行了分析。结果表明:言正子2#隧道病害主要由冻融损伤造成,病害类型主要为拱顶开裂和边墙剥落;隧道围岩最大水平位移、最大垂直位移和最大主应力均随冻融循环次数的增加而增大;隧道围岩最大水平位移出现在边墙,最大垂直位移出现在底板中心,最大主应力出现在拱脚,故边墙、底板中心和拱脚易产生混凝土开裂、剥落等病害;经历不同冻融次数后隧道围岩均未出现拉应力,表明衬砌有效地控制了围岩变形。     

重载列车作用下隧底结构动力响应分析

重载列车作用会导致铁路隧道基底结构动力响应不断增大，从而使基底结构产生破坏。采用数值模拟方法，建立单、双线隧道-围岩耦合计算模型，对重载列车作用下单、双线隧道动力响应随深度变化规律进行研究，对列车轴重、行车速度和填充层厚度对隧底结构动力响应特性的影响规律进行计算分析。结果表明：隧道横断面上的拉应力沿深度方向先增大后减小，在初支部位达到峰值，单线隧道轨下断面为最不利断面，双线隧道中线断面为最不利断面；随轴重增加，隧底仰拱各特征点竖向位移及填充层最大主应力响应均呈现线性变化趋势；随列车速度增加，各特征点竖向位移略有增大，但幅值变化不大；随填充层厚度增加，隧道仰拱最大加速度及最大主应力均呈减小趋势。     

某铁路隧道衬砌拱腰拉裂拱顶压溃病害原因探析

隧道衬砌缺陷致害研究是当前热点,对衬砌病害产生原因进行探析对隧道施工及设计来说尤为重要。通过结合相关资料、建立FLAC2D二维模型对某隧道出现的拱腰拉裂、拱顶压溃病害原因进行初探,研究结果表明:(1)拱顶背后存在空洞是引起隧道衬砌拱腰拉裂、拱顶压溃病害的主要原因。(2)拱顶背后存在空洞将引起衬砌受力发生显著变化,具体表现为拱部由衬砌背后无脱空工况下的洞内侧受拉转变成洞外侧受拉,且拱顶衬砌内表面处出现压应力集中。     

近距离垂直交叠盾构隧道的列车振动响应特性及损伤规律

基于拟合的列车振动荷载,采用数值模拟方法研究当列车在上部隧道行驶时近距离垂直交叠盾构隧道的动力响应特性,以及在不同隧道净距时上部隧道的损伤分布规律。结果表明:在列车振动荷载作用下,列车距离分析断面越近,分析断面上隧道衬砌的振动加速度和振动最大主应力增量均越大;拱底的振动加速度最大,拱腰次之,拱顶最小;在交叠中心断面处,上部隧道的最大主应力增量远大于下部隧道;压致损伤和拉致损伤主要集中在上部隧道底部附近130°的范围内,且在交叠中心处达到最大。随着两个隧道净距的减小,上部隧道的压致和拉致损伤均增大;当两个隧道净距为6m时,仅交叠中心处上部隧道拱顶出现较小的压致和拉致损伤,当两个隧道净距为4和2m时,交叠中心处上部隧道的压致和拉致损伤增量较大,远离交叠处上部隧道仅出现较小的压致和拉致损伤,说明两个隧道近距离垂直交叠时,下部隧道对上部隧道的振动加速度、最大主应力增量和压致及拉致损伤具有放大效应。     

硅藻土地层隧道基底钢管桩加固前后结构动力响应北大核心

依托飞凤山隧道工程,采用数值模拟方法研究了列车动荷载作用下硅藻土地层隧道基底微型钢管桩加固前后的动力响应特性,并引用经验公式预测了隧道长期沉降。结果表明:基底加固前后,列车动荷载作用下隧道结构振动加速度响应峰值均依次为仰拱>墙脚>拱顶>拱肩>边墙,动位移响应峰值均依次为仰拱>墙脚>边墙>拱肩>拱顶;采用钢管桩加固后,隧道结构振动加速度和动位移响应程度都得到明显控制,仰拱处的振动加速度响应峰值和动位移响应峰值分别减小了14.46%和30.58%;硅藻土地层隧道车致长期沉降主要发生在运营期前两年,钢管桩加固基底可有效减少隧道长期沉降。     

25t轴重荷载作用下隧底脱空区域受力特性分析

为了研究在役铁路隧道在通车之后隧底脱空病害的问题,采用有限元理论,建立隧道脱空区域在围岩压力与25 t轴重列车动载作用下的数值计算模型,主要研究80 cm与40 cm脱空宽度分别距隧道中心线0,80 cm与160 cm时脱空区域的受力特性。结果表明:在围岩压力下,脱空区域中线上壁和外侧顶角混凝土中产生拉应力及内侧顶角中产生压应力,其中压应力对脱空的宽度更为敏感;同时施加列车动载作用时,脱空区域上壁出现了竖向动应力与横向拉应力,得到了脱空区域力学指标的最大响应值及其出现的具体位置,宽度的增加对脱空区上壁横向拉应力更为显著,上壁横向拉应力增幅超过200%,竖向动应力增幅达50%。因此,隧底脱空区周围应力分布复杂,拉应力与压应力在脱空区域同时存在,应力突变严重,对脱空现象应及时组织处理。     

不同轴重下双线重载铁路隧道基底结构动压力分布研究

以重载铁路张唐线付营子隧道为工程依托,针对Ⅳ级围岩条件下双线重载铁路隧道在25、27、30 t三种轴重下的基底结构不同结构层表面的动压力分布及竖向传递规律,开展了现场大型激振试验和实时远程监测。根据激振试验所得土压力传感器典型时程曲线,得到了各结构面动压力的横向分布及竖向传递规律,最后根据远程监测数据对27 t轴重下基底结构的动压力分布规律进行对比验证。结果表明:Ⅳ级围岩条件下,双线重载铁路隧道重载线路在重载列车荷载直接作用下,该侧的动压力均大于普通铁路,各结构面不同测点的动压力数值随着与激振点水平距离的增加而降低,列车轴重提升使线路下方作用荷载的增大,双线铁路隧道基底结构易出现失稳。动压力竖向传递规律显示,各结构面表面接触压力对列车轴重的响应由上至下逐渐减弱。远程实测数据分析结果与激振试验结果比较接近,表明试验结果可用于双线重载铁路隧道基底结构设计参考。     

双线重载铁路隧道基底结构受力特性现场激振试验研究

依托于张唐线双线重载铁路隧道——付营子隧道现场试验,在Ⅴ级围岩条件下利用大型激振设备不同频率和配重块组合模拟了25、27、30t轴重的重载列车作用。根据光纤光栅传感器采集时程曲线提取的静压力和瞬时动压力幅值,针对基底不同结构层表面上不同测点的接触压力横向和竖向分布规律进行研究。结果表明:双线重载铁路隧道基底结构通车前静压力分布基本对称,重载列车荷载作用下,因仅半幅受到重载荷载影响,其动力响应明显于普通客运线路使基底结构受力不平衡易发生失稳。在重载线路中心、轨道位置和客运线路轨道3条监测线上各结构层表面动压力竖向衰减规律类似,均可拟合为三次多项式用于类似工程的设计和受力预测。     

重载道岔轨底坡设置研究

轨底坡作为道岔的主要参数,直接影响钢轨使用寿命,结合30 t轴重重载道岔研究需要,对轨底坡进行系统研究。针对重载线路道岔鱼鳞纹、掉块、肥边等病害,运用车辆轨道耦合动力学理论,对25 t轴重货车通过不同轨底坡道岔时的动力响应进行分析。结果表明:轨底坡增加,横向轮轨力、接触应力和安全指标,导曲线上股钢轨磨耗功都有不同程度的降低,长期观测结果显示,采用1∶20轨道坡的试验道岔,导曲线钢轨光带居中,未见伤损。     

重载组合式列车卸车站平面布置方案研究

重载运输是现代货运发展的方向,卸车站作为重载铁路运输通道上的关键节点,对通道运输能力具有重要影响。从货物运输组织模式、站内主要技术作业内容和卸车站能力3个方面阐述重载组合式列车卸车站平面布置方案的影响因素,提出重载组合式列车车场布置形式,以及卸车站基本平面布置可以采用尽头式和环形式2种布置图型。结合实例,在调机、本务机2种牵引作业流程基础上,提出3种重载组合式列车卸车站平面布置图型,为重载铁路卸车站平面布置方案设计及优化提供参考。     

大轴重双线铁路路基结构动力学分析

随着物资流动要求的提高,重载铁路因其良好的运输能力被社会所青睐,然而用地矛盾限制了线间距的大小,为分析不同线间距对大轴重作用下路基结构的动力响应,借助轨道-路基模型,研究不同轴重、线间距和基床弹性模量下,路基结构的荷载传递规律和动应力分布情况。结果表明:(1)双线铁路线路中心线处基床结构动应力沿深度方向先对数增长,后线性减小;(2)动应力峰值主要与线间距和轴重有关,峰值位置深度主要与线间距有关而与轴重无关;(3)线间距小于4.4 m时,线路中心线处路基本体动应力大于轨道中心线处,对于线间距小于4.4 m的路基结构设计时应考虑线路中心线处动应力值;(4)基床表层弹性模量的衰减作用较小。     

30 t轴重60 kg/m钢轨18号重载道岔设计

随着国内客运专线的大规模建设,重载运输也必将得到普遍的推广使用。根据30 t大轴重的特殊要求,结合山西中南部重载铁路的使用条件,在大秦线经过大量现场调研,研究开发了专用的重载道岔产品,从道岔平面、结构设计、轨下基础及转换设备等各个方面,有针对性地进行研究,分别从尖轨尖端加厚、辙叉采用多种合金钢钢轨组合型式、护轨采用新型轨撑垫板结构、岔枕采用预埋铁座联结方式等方面进行设计创新。并在既有线上道试验,目前使用状况良好,根据测试结果反馈的问题,优化了道岔结构及材料性能指标,从而建立了国内重载道岔技术体系。     

重载货车制动系统的研究

介绍北美重载货车制动系统及我国既有货车制动系统概况,主要分析对重载货车的制动距离、重载货车制动系统应解决的关键问题,并探讨重载货车制动系统研究方向。     

重载铁路翻浆冒泥病害调查与研究对策

结合重载铁路大秦线路基病害,对大秦铁路北同蒲线典型病害断面进行取样调查并进行物性试验分析。结果表明:大秦线翻浆冒泥病害主要为道床翻浆冒泥,并提出整治对策,为既有重载铁路路基翻浆冒泥病害的预防和整治措施提供参考。     

重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究

通过对重载铁路钢轨伤损的现场调查分析,确定出钢轨伤损的主要类型和规律,在此基础上提出了预防对策措施并进行了试验验证。结果表明:①在半径小于1 200 m的曲线上铺设轨面硬度大于370 HB的含铬热处理钢轨(U77 MnCr和PG4)、采用每天1次固体润滑并设置欠超高,可以减少钢轨的严重侧磨;②热塑性弹性体垫板可以增加轨道弹性,减少轨道动应力和钢轨的疲劳核伤;③在减少所用钢轨表面脱碳层深度和钢中夹杂物的基础上及时进行钢轨打磨,可有效抑制钢轨轨距角剥离掉块伤损的发展;④虽然热轧轨出现的剥离掉块深度较浅,但会在轨面外侧出现严重的深层肥边掉块,影响钢轨的安全使用,因此,重载铁路曲线下股仍应铺设高强度的热处理钢轨;⑤在优化焊接工艺和提高接头内部质量的基础上,对焊接接头采用焊后再淬火,以提高接头轨面的硬度,从而明显减少焊接接头轨面的低塌和焊接接头的伤损。     

驼峰重载车辆减速器的研制

在不改变驼峰调车场控制和传动方式的条件下,以现有重力式减速器为基础,研制重载车辆减速器。根据曲拐偏心距与传动压力关系的计算与分析,确定曲拐偏心距的选择范围,保证减速器性能的安全性;通过应力分析和计算,结合疲劳试验和有限元分析,确定关键零件的结构,满足减速器在重载条件下的机械强度要求;采用人性化设计,便于现场维护和维修。解决在低压传动条件下,实现减速器对重载货车的制动锁闭和缓解解锁的关键技术。满足轴重25 t重载车辆的运输需求,将重力式间隔制动减速器的使用寿命由原来轴重21 t时的2×106次,提高到轴重25 t时的3×106次。自2006年4月开始实地安装使用,其工作状态良好。     

铁道车辆制动热负荷的计算及应用

制动热负荷对铁道车辆的制动能力和装置使用寿命有重要的影响。文中根据轴重、速度和紧急制动能力(减速度)，对不同客货车辆的制动热负荷从停车制动能量和平均轴制动功率两方面进行了计算比较。并按照不同基础制动装置的制动热负荷能力，分析了踏面制动方式和盘形制动方式适应的速度范围，包括准高速客车提速到200km·h-1的盘形制动设计问题和高速列车复合制动的制动热负荷问题。从而提出了重载、高速铁道车辆的有关制动热负荷的设计限界。     

山西中南部铁路30t轴重重载技术方案设计研究

在介绍国内外重载铁路轴重现状和发展方向的基础上,结合新建山西中南部铁路通道建设,对30 t轴重重载铁路线路、轨道、路基、桥梁及隧道工程技术方案设计进行全面的分析、总结,为开行30 t轴重重载列车提供技术保障。